17.天然氣是一種重要的化工原料,現(xiàn)代工業(yè)中常用天然氣生產(chǎn)氫氣、一氧化碳、甲醇等高附加值化學(xué)品,或是將其用于燃料電池。
(1)用天然氣作原料制取氫氣和一氧化碳的主要反應(yīng)如下:
Ⅰ.CH
4(g)+H
2O(g)?CO(g)+3H
2(g)ΔH
1=+206.1kJ?mol
-1Ⅱ.CH
4(g)+2H
2O(g)?CO
2(g)+4H
2(g)ΔH
2=+165.0kJ?mol
-1Ⅲ.CH
4(g)+CO
2(g)?2CO(g)+2H
2(g)ΔH
3①反應(yīng)Ⅱ在
(填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”)下為自發(fā)反應(yīng),反應(yīng)Ⅲ的反應(yīng)熱ΔH
3=
。
②已知反應(yīng)Ⅰ的正、逆反應(yīng)活化能分別為E
a1、E
a2,反應(yīng)Ⅱ的正、逆反應(yīng)活化能分別為E
a3、E
a4,則E
a2+E
a3
E
a1+E
a4(填“>”、“<”或“=”)。
③在一定條件下,向恒容密閉容器中通入1molCH
4和2molCO
2,若只發(fā)生反應(yīng)Ⅲ,則下列現(xiàn)象可以說明反應(yīng)Ⅲ達(dá)到平衡的是
(填序號(hào))。
A.v
正(CH
4)=2v
逆(CO)
B.氣體平均相對分子質(zhì)量不再改變
C.氣體密度不再改變
D.CH
4與CO
2的物質(zhì)的量之比不再改變
④一定條件下,向體積為VL的恒容密閉容器中通入1molCH
4和1molH
2O(g),發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,達(dá)到平衡時(shí),容器中H
2O(g)和CO
2的物質(zhì)的量均為0.2mol,此時(shí)CO的濃度為
mol?L
-1,反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)為
mol
2?L
-2。
(2)設(shè)計(jì)以天然氣為燃料的電池,可以提高能源利用率。某燃料電池裝置如圖所示,A、B為多孔性碳棒。向該電池中持續(xù)通入CH
4,t
1時(shí)刻,已消耗的CH
4體積為67.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),繼續(xù)通入CH
4,此時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式為
;若向t
1時(shí)刻的溶液中加入
molKOH并將溶液混勻,可使溶液中只含有一種溶質(zhì)。